1.热机及热机的效率专题

（3）该压路机通过此段路程所受的阻力多大？
（4）若该压路机柴油发动机的效率为 40%，通过此段路程需要完全燃烧多少千克柴油？
16．2017 年 12 月 24 日，广东珠海金湾机场，由我国航空工业自主研发的首款大型水陆两栖飞机﹣﹣“鲲 龙”AG600 成功首飞。飞机总体技术水平和性能达到当前国际同类飞机的先进水平，完全具有自主知识产权。 若飞机在空中飞行时获得 1.6×105N 的水平推力，以 500km/h 的速度沿水平方向匀速航行 500km，需要完全 燃烧热值为 4×107J/kg 的航空煤油 4000kg。则 （1）飞机在空中飞行的时间是多久？ （2）煤油完全燃烧放出的热量为多大？ （3）发动机的效率为多大？
A．具有 3.4×107J 的热量
B．具有 3.4×107J 的内能
C．完全燃烧对外做功 3.4×107J
D．完全燃烧放出热量 3.4×107J
6．如图是内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（ ）
A．η=
×100%
B．η= ×100%
C．η=
×100%
D．η= ×100%
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通过连杆带动曲轴
转动
燃料燃烧，化学能
压缩汽油和空气的 转 化 成 燃 气 的 内
无能量转化
混合物，机械能转 能；燃气推动活塞 无能量转化
化成内能
做功，内能转化成
机械能
①每个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，完成—个做功冲程
②在—个工作循环中，只有做功冲程燃气对外做功，其他 3 个辅助冲程，依靠飞轮 的惯性完成，不但不做功，还要消耗机械能
C．每秒内做功 20 次，共有 10 个冲程
D．每秒内做功 5 次，共有 20 个冲程
12．智轨列车融合了有轨电车和公共汽车的优势，零排放、无污染。智轨列车的动力系统在输出动力的过
程中（ ）
A．电能转化为机械能
B．内能转化为机械能
C．机械能转化为电能
D．机械能转化为内能
二．实验探究题（共 2 小题） 13．老师用如图 1 所示实验装置，加热试管使水沸腾，发现试管上方的小风车，开始不停地转动；由此引 出以下问题，请利用所学的知识回答。
2．汽油机与柴油机的比较 内燃机
项目
汽油机（如图）
柴油机(如图)
构造 燃料 吸气冲程 压缩比
点火方式
做功冲程
汽缸顶部有火花塞 汽油 汽油机在吸气冲程中吸入的是汽 油和空气的混合物 压缩冲程末，气体体积被压缩为 吸进体积（汽缸体积）的 1 ~ 1
96 压缩冲程末，火花塞产生电火花 点燃燃料，称为点燃式
次，
个
冲程。
三．计算题（共 7 小题）
15．如图所示为某型号压力机，整机质量 18t，行驶速度 27km/h，发动机功率 110kW．已知柴油的热值
q=4.3×107J．请回答下列问题：
（1）压路机碾子质量很大是通过
来增大压强，驾驶室内座椅做得宽大是为了
（选填“增大”
或“减小”压强）。
（2）该压路机以 27 km/h 的速度匀速通过 150m 的距离需要多少时间？
柴油机和汽油机虽都属于内燃机，但它们在构造和工作过程中有明显的区别，所以在学习这部分内容时，
要用比较归纳法加以区别。汽油机在汽缸顶部有火花塞，而柴油机没有，但有喷油嘴，并且汽油机上的火
花塞与柴油机上的喷油嘴的工作时刻都是压缩冲程末。在吸气冲程中，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的
混合物，而柴油机吸入的只有空气。在压缩冲程中，柴油机的温度更高，压强更大，因此导致它们的点火
出的热量多，或者说化学能转化成的内能多。
综上所述，热值和密度、比热容等物理量一样，是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料
的质量、体积、放热多少、燃烧时间长短、燃料是否完全燃烧都无关。
3．热值的单位：J/kg，读作焦每千克。某些气体燃料热值的单位用 J/m3。
4．公式：由热值的定义得 q
B．完成 60 个冲程，做功 60 次
C．完成 30 个冲程，做功 30 次
D．完成 120 个冲程，做功 30 次
10．一台内燃机的转速是 1440 转/分，那么在每秒钟内（ ）
A．转轴转动 24 转，燃气对活塞做功 24 次，活塞完成 24 个冲程
B．转轴转动 24 转，燃气对活塞做功 12 次，活塞完成 48 个冲程
压缩冲程
关闭
关闭
向上运动
做功冲程
关闭
关闭
向下运动
排气冲程
关闭
打开
向上运动
（二）如何确定能量的转化和转移
“转化”是指能量由一种形式变为另一种形式；而“转移”只是能量由一个物体传递到另一个物体，能量
的形式不变。要判断某一过程中发生了怎样的能量转化或转移，首先要明确这一过程中能量的形式有没有
改变，然后分析消耗了什么能量，获得了什么能量或者能量从哪一个物体转移到了哪一个物体。
100%
，其中 W有用
指用来做有用功的能量， Q总 指燃料完全燃烧释放的能量。
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（六）能量转化与守恒
能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，宅只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他
物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
注意： (l)能量转化和守恒定律是自然界中普遍定律之一。 (2)通过做功可以使能量转化，做功越多能量转化越多；通过热传递可以使能量转移。转化和转移是不一样 的：能量转化过程中，能量的形式发生变化；能量转移过程中，能量的形式不变。
3．如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（ ） A．压缩冲程，将化学能转化成内能 B．压缩冲程，将机械能转化成内能 C．做功冲程，将内能转化成机械能 D．做功冲程，将机械能转化成内能 4．如图是四冲程汽油机工作的示意图，其中表示内能转化为机械能的冲程的是（ ）
A．
B．
C．
D．
5．木炭的热值为 3.4×107J/kg，它表示 1kg 木炭（ ）
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
示意图
进气门开闭情况 排气门开闭情况
活塞运动方向 冲程的作用
能的转化
联系
打开
关闭
关闭
关闭
关闭
关闭
关闭
打开
向下
向上
向下
向上
在压缩冲程末，火
花塞放电点燃燃
压缩汽油和空气混 料，产生高温高压
吸入汽油和空气的
合物，使其压强增 燃气。高温高压燃
混合物
大，温度升高
气推动活塞做功，
排出废气
1．利用内能来加热物体，如用热水袋取暖，用燃料燃烧放出的热来做饭。 2．利用内能来做功。如汽油机、柴油机等利用燃料燃烧释放的内能转化为机械能。
（二）热机
热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等，所有热机在工作时能量转化的过程是相同
的，即燃料燃烧使化学能转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能。因此，热机就是利用内能来
①汽车行驶速度是 20km/h
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是 6.9×107J
③汽车牵引力做功的功率是 30kW ④汽车发动机的效率是 20%
A．只有①和②
B．只有②和③
C．只有①和④
D．只有②和④
9．一台单缸四冲程汽油机，飞轮的转速为 1800R/min，则此汽油机每秒内（ ）
A．完成 60 个冲程，做功 15 次
7．甲、乙两汽车，甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高，这表明（ ）
A．甲做功比乙多
B．以相同的牵引力行驶相同的路程，甲耗油比乙少
C．甲消耗的汽油比乙少
D．甲做功比乙快
8．某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶 6.9km，用时 5min45s，消耗燃油 1.5kg，已知汽车的牵
引力是 2000N，燃油的热值为 4.6×107J/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是（ ）
种液体中，选择
液体作为汽车冷却液效果会更好。
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14．如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知：
（1）这种内燃机是
机；
（2）它表示的是
冲程；
（3）在这个冲程中
能转化为
能；
（4）完成这一冲程，曲轴和飞轮转
圈；
（5）仔细观察其铭牌，可看见“1800r/min“字样，则它正常工作时，1 秒钟对外做功
方式不同。
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热机及热机的效率专题配套练习精选
一．选择题（共 12 小题） 1．图是四冲程汽油机的工作示意图，这种汽油机一个工作循环四个冲程的顺序排列，正确的是（ ）
A．甲、丙、丁、乙 B．乙、丁、甲、丙 C．乙、甲、丁、丙 D．甲、乙、丙、丁
2．在四冲程汽油机的工作循环中，将内能转化为机械能的冲程是（ ） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
（七）永动机
1．定义：不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。 2．永动机研制失败的原因：它违背了能量守恒定律。
解题方法技巧
（一）判断四个冲程的方法
判断四个冲程的关键是看两个气门的关闭情况和活塞的运动方向，具体情况如下表所示。
冲程
进气门
排气门
活塞运动方向
吸气冲程
打开
关闭
向下运动
Q放 m
，则 Q放
mq 。对于某些气体来说， q
Q放 V
，则 Q放
Vq 。
5．热值表示的物理意义： q焦炭 3.0 107 J/ kg ，它表示 1 kg 的焦炭完全燃烧放出的热量是 3.0 107 J ；
q煤气 3.9 107 J / m3 ，它表示 1 m3 的煤气完全燃烧放出的热量是 3.9 107 J 。
热机及热机的效率专题
知识网络构建
种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机等
热机
内燃机
汽油机 柴油机
结构 工作过程 结构 工作过程 能量转化
定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比
热值 单位：J/kg
ห้องสมุดไป่ตู้
公式：Q放 mq，Q放 Vq 气
内能的利用
热机的效率
跨越思维误区
（一）对热值概念的理解不透
热值等于单位质量的某种燃料完全燃烧时放出的热量。其大小取决于燃料的种类，是燃料本身的一种性质。
（二）不能正确理解能量守恒定律及能量的转移与转化
能量守恒定律是自然界中的普遍定律之一。发生能量转移时，能的形式不变；发生能量转化时，能的形式
一定变化。
物理思想方法
比较归纳法
做功冲程中燃气压强可达到 30～
汽缸顶部有喷油嘴 柴油 柴油机在吸气冲程中只吸入空气
压缩冲程末，气体体积被压缩为吸进体 积的 1 ~ 1
22 16 压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷出柴 油，遇到温度超过柴油燃点的空气而自 动点燃，称为压燃式 做功冲程中燃气压强可达 50～100 个大
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效率 应用
（四）燃料的热值
1．燃料燃烧获得内能
燃料燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。
2．热值的概念
某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。热值用来表示燃料在完全燃烧时放热
本领的大小。由于燃料的成分不同，相同质量（比如 1kg）的不同种类的燃料在完全燃烧时放出的热量不同，
这种不同就用热值来区别。所以，热值反应燃料的燃烧特性。热值大，反映 1kg 的这种燃料完全燃烧时放
做功的机器，或者说热机就是把内能转化为机械能的机器。
内燃机是最常见的热机，其燃料——汽油或柴油是在它的汽缸内燃烧的。在汽缸内燃烧汽油的称为汽油机，
燃烧柴油的称为柴油机。燃料在汽缸里面燃烧时生成高温、高压的燃气，用来推动活塞做功。
（三）汽油机和柴油机
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1．汽油机的工作过程
冲程名称
吸气冲程
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（五）效率
1．热效率：
Q有用 E
100%
，其中
Q有用 指有效
利用的热量，E 指总能量。如果是炉子，则 E 为燃料
完全燃烧放出的热量(E=Q 总=qm)；如果是太阳能热 水器，则 E 为太阳光照射到热水器上的总能量；如果
是电热器，则 E 为电流做功放出的热量(E=W=UIt)。
2．热机的效率：
W有用 Q总
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50 个大气压，温度达 2 000℃～2 500℃，高温高压气体推动活塞做 功 效率低，20%～30%
气压，温度达 1 700℃～2 000℃，高温 高压气体推动活塞做功
效率较高，30%～45%
机体轻便，主要用于汽车、飞机、 机体笨重，主要用于载重汽车、火车、
摩托车等
轮船等
定义
热机的能量损失
公式：
W有
热机的效率
Q放
炉子的效率：
Q吸 Q放
提高效率的措施
各种能量的转化
能量的转化和守恒
能量守恒定律的内容 永动机
高频考点透析
序号
考点
考频
1
内燃机的四个冲程
★★
2
热值的公式及热量的计算
★★★
3
影响热机效率的因素
★★★
4
能量的转化和守恒
★★
知识能力解读
（一）内能的利用
（1）图 1 实验中能量转化方式与图 2 中汽油机的哪个冲程相同？
（2）若某四冲程汽油机的功率为 36 千瓦，做功冲程每次对外做功 800 焦耳，则在 1 秒钟内该汽油机能完
成
个冲程，此汽油机飞轮的转速为
转/分。
（3）如图 3 所示的是等质量两种液体吸收的热量与温度变化情况的图象。根据图中提供的信息判断，这两
C．转轴转动 1440 转，燃气对活塞做功 720 次，活塞完成 2880 个冲程
D．转轴转动 1440 转，燃气对活塞做功 1440 次，活塞完成 1440 个冲程
11．一台四冲程内燃机转速为 600 转/分，则（ ）
A．每分钟内做功 150 次，共有 600 个冲程
B．每分钟内做功 600 次，共有 1 200 个冲程